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Posted in | Nanomaterials

I Ricercatori Scoprono il Comportamento Notevole Esibito dal Peptide Nanostructures

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Gli Esperimenti possono a volte piombo alla scoperta dei fenomeni completamente imprevisti. Tale è il caso con il comportamento notevole esibito dai nanostructures del peptide (sotto forma di filamenti sovramolecolari) osservati durante gli esperimenti effettuati dai ricercatori dalla Northwestern University al beamline 5-ID del Centro di Ricerca Di Collaborazione del Sincrotrone del Gruppo di Du Pont-Nordoccidentale-Dow Access (DND-CAT) al Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti la Sorgente Avanzata del Fotone (APS) Al Laboratorio Nazionale di Argonne.

Un'estrazione che descrive un gruppo di 10 filamenti del peptide del nanometro-diametro posizionati in una schiera esagonale. I Simili fenomeni possono accadere naturalmente nei citoscheletri delle celle, della cornea dell'occhio e di altre aree di biologia. L'Inserzione (alla destra più bassa) descrive la struttura molecolare di diversi filamenti. (Cortesia di Immagine di S.I. Stupp.)

Secondo il Professor Samuel Stupp, autore principale dello studio recentemente ha pubblicato nella Scienza, mentre “provando a delucidare l'organizzazione gerarchica dei nanostructures del peptide„ il suo gruppo ha scoperto che una volta dispersi in acqua, quei nanostructures filamentary potrebbero organizzare nei gruppi confezionati esagonale. I ricercatori sono stati sorpresi trovare che sufficientemente alle alte concentrazioni in soluzione, i filamenti potrebbero auto-montare spontaneamente nelle strutture cristalline (i gruppi confezionati esagonale). Ancor più sorprendente era l'individuazione che i raggi x usati per sondare i nanostructures egualmente a volte hanno avviato la cristallizzazione del filamento. Questo lavoro può urtare la nostra comprensione dei nanostructures nei sistemi biologici e nella nostra capacità gestire la struttura dei materiali.

I filamenti usati per questa ricerca hanno posseduto i diametri di intorno 10 nanometri e le lunghezze sull'ordine dei dieci dei micrometri. I filamenti sono stati derivati da una molecola sintetica che contiene una breve sequenza del peptide. I Peptidi sono composti che contengono due o più amminoacidi. Qui, la sequenza del peptide ha consistito di sei molecole dell'amminoacido dell'alanina tenute da adesivo a tre molecole dell'acido glutammico - Ala6Glu3 abbreviato - che a sua volta è stato innestato ad una molecola alchilica. “Le sovramolecole„ risultanti auto-hanno montato in acqua per formare i filamenti.

Una sequenza degli esperimenti è stata destinata per rivelare la disposizione dei filamenti dispersi in acqua. Le concentrazioni acquose Differenti dei filamenti sono state collocate dentro i 2 capillari minuscoli del quarzo del millimetro-diametro e sono state studiate che utilizzano lo scattering dei raggi x di piccolo-angolo (SAXS) al beamline di DND-CAT. Le concentrazioni hanno variato da 0,5 alle percentuali di 5 pesi. I dati di SAXS hanno rivelato che tutte le concentrazioni di filamenti cumulati nei gruppi che esibiscono un imballaggio esagonale (vedi la Fig. 1). L'organizzazione dei filamenti nei gruppi confezionati esagonale (cioè, cristallizzazione) è abbastanza notevole. Ma ancor più notevole era l'osservazione che il più alta concentrazione di filamenti (le percentuali di 2 e 5 pesi) ha cristallizzato spontaneamente, mentre le soluzioni di basso-concentrazione (le percentuali di 0,5 e 1 peso) hanno cristallizzato soltanto con l'esposizione dei raggi x.

Secondo Prof. Stupp, la cristallizzazione dei filamenti, tramite auto-assembly o tramite l'esposizione dei raggi x, costituisca i fenomeni di cui “non abbiamo veduto prima„ in altri sistemi sovramolecolari. Stupp egualmente ha osservato che “nel fare gli esperimenti al sincrotrone di APS, siamo stati sorpresi trovare che i raggi x potrebbero promuovere la cristallizzazione.„

Una funzionalità affascinante dalla della cristallizzazione indotta da x era la reversibilità del trattamento, che era realmente visibile. Facendo Uso della soluzione delle percentuali di 1 peso, i 200 secondi cumulativi di irradiamento dei raggi x hanno girato la soluzione iniziale-trasparente opaca, indicando la cristallizzazione. Dopo cessazione dei raggi x, l'opacità della soluzione è diminuito lentamente finché non fosse ancora chiaro in circa 40 minuti, indicando un rendimento a disordine. Un esperimento di seguito SAXS ha esposto la soluzione ad una serie di 4 secondi burst dei raggi x. I dati sperimentali hanno indicato che i filamenti iniziale-disordinati (rivelatori tramite la seconda esposizione primi 4) hanno subito gradualmente un cambiamento ai gruppi esagonale-ordinati dei filamenti come registrati durante le ultime esposizioni dei raggi x. Quando l'esperimento è stato ripetuto due ore più successivamente, i dati di SAXS hanno rivelato i filamenti erano ancora una volta disordinati - la struttura cristallina era scomparso.

I ricercatori considerati se i fattori estranei potrebbero contribuire all'ordinazione del filamento. I raggi x Intensi possono creare i nuovi composti chimici all'interno di una soluzione dovuto ionizzazione come pure producono il riscaldamento sottile. Tuttavia, gli esami successivi delle soluzioni filamentary hanno provato che nè le specie chimiche indesiderate, nè gli effetti termici, avevano fatto una parte nelle cristallizzazioni spontanee o x-razza-avviate.

Per Quanto Riguarda il meccanismo di base responsabile di cristallizzazione, i ricercatori prevedono che la stabilità a lungo termine dei domini cristallini sia un bilanciamento fra due tensioni avversarie: le cariche elettriche che risiedono sui filamenti (indigeno o indotto da irradiamento dei raggi x) tendono a spingere i gruppi filamentary diversi, mentre l'intrappolamento dei filamenti all'interno di più grande rete piombo ad una compressione meccanica interna.

I dati Sperimentali hanno rivelato che mentre la concentrazione del filamento si è sviluppata, il numero dei filamenti all'interno dei gruppi è aumentato pure, finché una concentrazione critica di filamenti non provocasse la loro disposizione esagonale spontanea all'interno dei gruppi (cioè cristallizzazione). D'altra parte, le concentrazioni filamentary più basse - incapaci di cristallizzare spontaneamente - potrebbero agire in tal modo soltanto quando i raggi x hanno aumentato la densità di carica superfici sui filamenti', quindi cambiando il bilanciamento delle forze del inter filamento a favore della cristallizzazione.

Lo stesso meccanismo che ha creato le loro reti filamentary cristalline artificiali può bene essere sul lavoro in celle biologiche, Prof. principale Stupp per osservare che “questa ricerca potrebbe aiutarci a capire l'organizzazione dei nanostructures nei sistemi biologici e può anche avere applicazioni nel gestire la struttura dei materiali.„

Più informazioni: Honggang Cui, E. Thomas Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb e Samuel Cristallizzazione X-razza-Avviato di I. Stupp, “Spontaneo ed a Lunga Autonomia Nelle Reti diMontaggio del Filamento,„ Scienza 327, 555 (29 gennaio 2010). DOI: 10.1126/science.1182340

Last Update: 13. January 2012 00:11

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